Face aux sources d’énergie épuisables et polluantes, la production d’électricité par énergie solaire à concentration photovoltaïque (CPV) connaît depuis 2010 une croissance significative. Les systèmes ayant les plus hauts rendements (< 29%) sont constitués de trackers à deux axes combinés à des modules à modules (CPV) allant de 300x à 2500x, intégrant des cellules PV à triple jonction, dont l’efficacité mesurée en laboratoire est supérieure à 35%. Les pertes des systèmes sont dues aux conditions de fonctionnement extérieures fluctuantes, parmi lesquelles : la température, le contenu spectral du flux lumineux, la taille variable du disque solaire et la précision du suivi soumis à des limites physiques et des charges de vents variables. L’industrie tente de pallier à ces difficultés par des dispositifs à concentrations optique à angle d’acceptance (AA) large. Mais la caractérisation en laboratoire de tout dispositif doit être complétée par des tests en conditions externes. Ce projet consiste en la conception et la réalisation d’un banc d’essai extérieur de caractérisation de modules CPV, sous conditions réelles et variables, au moyen de tests I-V. Les données sont archivées sur une base de données, et prétraitées pour analyses des résultats. Les objectifs de caractérisation ont été atteints, soit le positionnement ponctuel précis en azimut et en élévation lors d’un test I-V, la répétition de cette étape selon des protocoles ajustables. Six dispositifs CPV à large AA ont été caractérisés en même temps (plus de 146 000 lectures). Des suggestions sont faites pour corriger les problèmes rencontrés. Des questions de recherches ultérieures sont posées, l’ensemble confirmant la pertinence de ce type de banc d’essai.

Le compact linear collider (CLIC) est le projet de collisionneur de particules proposé par l'organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) visant à succéder au large hadron collider (LHC). Du fait des dimensions nanométriques des faisceaux de leptons de ce projet, les accroissements admissibles de l'émittance sont extrêmement faibles. Cela a pour conséquence des tolérances d'alignement des composants du CLIC jamais atteintes. La dernière étape de l'alignement sera effectuée par rapport au faisceau de particules du CLIC. Elle est du ressort des physiciens du faisceau. Toutefois son implémentation nécessite un pré-alignement qui lui-même représente un défi métrologique et géodésique : atteindre 10 μm à 3σ le long d'une fenêtre coulissante de 200 m. Un tel niveau de précision requiert le développement d'une méthode compatible avec des systèmes de repositionnement qui seront constamment sollicités. Le pré-alignement du CLIC devra être actif. Cette thèse ne démontre pas la faisabilité du pré-alignement actif du CLIC mais montre le chemin des derniers développements à effectuer dans ce but. Il y est proposé une méthode, fondée sur la gestion des similitudes entre systèmes euclidiens de coordonnées, qui, de la géodésie aux mesures métrologiques, est susceptible d'apporter la solution. Des expériences sur de longues distances ont été construites dans le but d'éprouver, en parallèle de simulations de Monte-Carlo, les modèles mathématiques des systèmes de mesure et des références d'alignement ainsi créés. L'extrapolation de ces modèles, une fois validés expérimentalement, sur toute la longueur du CLIC, sera la dernière étape prouvant la faisabilité du pré-alignement / The compact linear collider (CLIC) is the particles accelerator project proposed by the european organization for nuclear research (CERN) for high energy physics after the large hadron collider (LHC). Because of the nanometric scale of the CLIC leptons beams, the emittance growth budgetis very tight. It induces alignment tolerances on the positions of the CLICcomponents that have never been achieved. The last step of the CLIC alignment will be done according to the beam itself. It falls within the competence of the physicists. However, in order to implement the beam-based feedback, a challenging pre-alignment is required: 10 μm at 3σ along a 200 m sliding window. For such a precision, the proposed solution must be compatible with a feedback between the measurement and repositioning systems. The CLIC pre-alignment will have to be active. This thesis does not demonstrate the feasibility of the CLIC active prealignment but shows the way to the last developments that have to be done for that purpose. A method is proposed. Based on the management of the Helmert transformations between Euclidian coordinate systems, from the geodetic networks to the metrological measurements, this method is likely to solve the CLIC pre-alignment problem. Large scale facilities have been built and Monte-Carlo simulations have been made in order to validate the mathematical modelings of the measurement systems and of the alignment references. When this is done, it will be possible to extrapolate the modelings to the entire CLIC length. It will be the last step of the demonstration of the CLIC pre-alignment feasibility

Aujourd'hui les réseaux de capteurs sont devenus des systèmes pouvant atteindre un très grand nombre de noeuds, avec une zone de couverture déterminée et déployés d'une manière plus ou moins dense dans un environnement hétérogène dont on mesure ainsi son état global. La problématique de cette thèse consiste à concevoir une architecture pour les objets communicants à faible consommation en utilisant des antennes « intelligentes » pour l'instrumentation et la mesure. Intégrant une approche pluridisciplinaire, cette architecture couvre les services offerts depuis les couches MAC jusqu'à celles de plus haut niveau. Basés sur une partie matérielle complètement reconfigurable (amplificateur de puissance et antennes à base de MEMS RF), les services des couches supérieures sont définis en partie sur circuits numériques pour la couche physique (bande de base) et la couche MAC, et de manière logicielle pour les protocoles de routages adaptés et les services innovants. En résumé, le travail consiste à concevoir un système autonome multi capteurs, d'acquisition et de traitement avec mémorisation, communicant à travers un réseau sans fil. Les principaux problèmes à résoudre seront : le contrôle de la topologie, la précision de la synchronisation, la consommation d'énergie. / Researches in the field of sensor networks show the variety and vastness of applications in which these types of systems are used. One of their main features is the large number (up to hundreds of elements) of sensors that must be distributed in different environments. Another concern consists in making routing decisions in order to reduce the energy consumption. Depending on the application requirements, ensuring synchronous network functionality is currently a challenge. The issue addressed in this thesis is to develop an architecture for smart objects using low-power antennas for structural heald monitoring. Integrating a multidisciplinary approach, this architecture includes services from the MAC layer to those of the highest level. In summary, we will develop an autonomous system ofi sensors, for acquisition and information processing, which communicate via a wireless network. The main problems are: the control of topology, the timing accuracy and the energy consumption.

Dans le cadre de la pulvérisation agricole, la diminution de la quantité des intrants est devenue une étape cruciale, et ce notamment en viticulture. La pulvérisation de précision en viticulture implique cependant une maitrise conjointe du matériel utilisé, des produits et de la répartition de ces produits sur le feuillage. Dans ce contexte, nombreuses sont les recherches menées sur l’optimisation d’utilisation des produits phytosanitaires, leur objectif final étant de réduire de manière significative la quantité d’intrants dans la culture. Cependant, peu de travaux ont été effectués sur l’étude du comportement des produits directement sur le feuillage, ce qui constitue donc l’objectif de cette thèse. La première partie de ce travail est consacrée particulièrement à l’analyse de l’état de la surface foliaire, en se focalisant spécifiquement sur l’étude de la rugosité de surface de la feuille qui constitue un paramètre essentiel dans le processus d’adhésion du produit pulvérisé sur la feuille. L’analyse de la surface de la feuille est réalisée en déterminant les caractéristiques texturales extraites d’images microscopiques. Un nouvel indicateur de rugosité est proposé ainsi que, des paramètres spatiaux et fréquentiels sont utilisés pour estimer et la rugosité de la feuille. Ces paramètres permettent ensuite la caractérisation de l’homogénéité de la surface et la détection des nervures/poils au niveau de la surface de la feuille. Cette partie représente une base fondamentale pour mieux comprendre le comportement des gouttelettes pulvérisées sur la feuille de vigne. La deuxième partie de ce travail de thèse est consacrée à des études expérimentales, qui ont pour but de définir et construire des modèles statistiques permettant d’estimer la quantité de produit restant sur la feuille ou la surface occupée par les gouttes. Ces modèles prennent en considération différents paramètres de pulvérisation, tels que la taille de la goutte et sa vitesse, la tension superficielle du produit, l’angle d’inclinaison et la rugosité de la surface de la feuille. Ces modèlespourraient être vus comme des outils de décision communs pour optimiser la quantité du produit pulvérisé et l’estimation du produit restant sur la feuille, et comme un outil d’aide pour optimiser les bancs d’essais et de tests de la qualité de la pulvérisation. / In the context of agricultural spraying, reducing the amount of input became a crucial step particularly in viticulture. The development of spraying precision in this domain needs the mastery of the use of spray equipment, product and distribution of these products on the foliage. In this area, many research have been done, their main goal being to optimize the use of plant product protection and to reduce significantly the input quantity inside the culture. However, few research has been done on the behavior of the product directly on the foliage which constitutes finally the main goal of this thesis. The first part of this report deals particularly with the analysis of leaf surface state by focusing precisely on the leaf surface roughness, one of the main parameters in product adhesion process. A leaf surface analysis is performed by determining the textural features extracted from microscopic images. A new roughness indicator is proposed and, spatial and frequency parameters were used to estimate and characterize the leaf roughness. These parameters allow both the characterization of surface homogeneity and the detection of the presence of rib/hair on the leaf surface. Indeed, this part represents a fundamental basis for understanding the spray droplet behavior on the vine leaf. The second part of this thesis deals with experimental studies which aim to define and to create statistical models to estimate the amount of product remaining on the leaf surface or the surface occupied by droplets. These models consider different spray parameters, such as droplet size and velocity, surface tension of the product, slope angle and roughness of the leaf. These models could be seen as aid-decision tools to optimize the amount of spray and the estimated product remaining on the leaf.

Cette thèse porte sur l'analyse de la singularité d'un manipulateur plan pour l'application d'une XY-Théta plate-forme. Cette plate-forme possède une cinématique brevetée, conçue pour garder l’erreur finale de position en dessous de 2mμ dans son espace de travail de dimensions 300 mm × 300 mm. Ces performances de haute précision s'expliquent par la proximité des singularités. Certains inconvénients peuvent survenir lorsque la trajectoire se rapproche des singularités, notamment si une vitesse articulaire élevée est atteinte. Par conséquent, l'objectif principal de cette thèse est d'identifier les lieux des singularités. Habituellement, quand un robot non-redondant se déplace dans un espace à trois dimensions, le lieu de singularité est défini par une surface. Une contribution majeure de ce travail de thèse réside dans l'identification d'une ligne hélicoïdale pour définir le lieu de la singularité au sein de l'espace de travail. Une autre partie du travail réalisé a consisté à prendre en compte la redondance du robot à identifier les lieux des singularités et dans ce cas à analyser les problèmes de contrôle liés à la traversée de surfaces de singularités. En dernier lieu, une attention a été portée sur l'indice de maniabilité afin d'évaluer la distance entre le manipulateur et la singularité. / This thesis deals with the singularity analysis of a planar robotic manipulator for the application of an XY-Theta platform. This XY-Theta platform has a patented kinematics designed to keep the final position error below 2 μm in its 300 mm × 300 mm workspace. But as the high precision performances are due to the proximity of singularities, some drawbacksmay also appear when the trajectory is too close to singularities, such as large joint velocities, high forces and torques. Therefore, the main objective of this thesis is to identify the singularity loci. Usually, when a non-redundant robot operates in a 3D space, the singularity locus is represented by a surface. Here, one contribution is the identification of an helicoidal line for the singularity locus within the workspace. Another contribution is to take into account the redundancy of the robot, identify the singularity loci in this case and analyze the control problems linked to the crossing of singularity surfaces. Finally, the manipulability index is calculated to show how far the manipulator is from the singularity configuration.

Les machines parallèles (MPs) existent depuis plus d'un demi-siècle et ils ont fait l'objet d'études intensives. Par opposition avec leurs homologues de structure série, ces mécanismes sont constitués de plusieurs chaînes cinématiques qui relient la base fixe à la plateforme mobile. L'intérêt de ces architectures s'explique par les nombreux avantages qu'elles offrent, parmi lesquels: une rigidité élevée, un rapport important charge/poids global, des capacités dynamiques élevées en raison des masses en mouvement réduites (en particulier lorsque les actionneurs sont sur ou près de la base), une meilleure précision, des fréquences propres plus élevées, etc. Néanmoins, leur exploitation comme machines-outils reste timide et limitée, et le plus souvent elles ne dépassent pas le stade d'étude et de prototype de laboratoires universitaires ou de fabricants de machines-outils. Les principaux inconvénients qui entravent la généralisation des MPs dans l'industrie sont les suivants: un espace de travail limité, des débattements angulaires réduits, la présence de configurations singulières, la complexité de conception, les difficultés d'étalonnage, les problèmes causés par les collisions, la complexité du contrôle/commande (en particulier dans le cas de redondance à actionnement), etc. De plus, si les MPs ont rencontré un grand succès dans les applications de pick-and-place grâce à leur rapidité (capacité d'accélération), leur précision reste inférieure à ce qui a été prévu initialement. Par ailleurs, on trouve également des MPs de très précision, mais malheureusement avec de faibles performances dynamiques. En partant du constat précédant, cette thèse se concentre sur l'obtention de MPs avec un bon compromis entre rapidité et précision. Nous commençons par donner un aperçu de la bibliographie disponible concernant MPs et les avancées majeures dans ce domaine, tout en soulignant les limites de performance des MPs, ainsi que les limites des outils de conception classique. En outre, nous insistons sur les outils d'évaluation des performances, et montrons leurs limites dès qu'il s'agit de traiter le cas de la redondance ou l'hétérogénéité des degrés de liberté (ddl). En effet, si la synthèse architecturale est un point dur de la conception de MPs, la synthèse dimensionnelle reposant sur des indices de performances réellement significatifs l'est également. Par conséquent, de nouveaux indices de performance sont proposés pour évaluer la précision, les capacités cinétostatiques et dynamiques des manipulateurs de manière générale qui apportent des solutions aux difficultés évoquées ci-dessus. Par la suite, plusieurs nouvelles architectures 3T-2R et 3T-1R (T: signifie ddl en translation et R signifie un ddl de rotation) sont présentées, à savoir MachLin5, ARROW V1, et ARROW V2 et ses versions dérivées ARROW V2 M1 et M2. En outre, la synthèse dimensionnelle d'ARROW V2 M2 est réalisée, et les performances de la machine sont évaluées. Finalement, des améliorations futures concernant la précision sont proposées au regard de premiers résultats obtenus sur le prototype. / Parallel manipulators (PMs) have been there for more than half a century and they have been subject of intensive research. In comparison with their serial counterparts, PMs consist of several kinematic chains that connect the fixed base to the moving platform. The interest in such architectures is due to the several advantages they offer, among which we mention: high rigidity and payload-to-weight ratio, elevated dynamical capabilities due to reduced moving masses (especially when the actuators are at or near the base), better precision, higher proper frequencies, etc. Nevertheless, despite of the aforementioned merits, their exploitation as machine tools is still timid and limited, in which they most often do not exceed the research and prototyping stages at university laboratories and machine tool manufacturers. The main drawbacks that hinder the widespread of parallel kinematic machines (PKMs) are the following: limited operational workspace and tilting capacity, presence of singular configurations, design complexities, calibration difficulties, collision-related problems, sophistication of control (especially in the case of actuation redundancy), etc. Besides, though PMs have met a great success in pick-and-place applications, thanks to their rapidity (acceleration capacity), still their precision is less than what has been initially anticipated. On the other hand, extremely precise PMs exist, but unfortunately with poor dynamic performance. Starting from the aforementioned problematics, the current thesis focuses on obtaining PKMs with a good compromise between rapidity and precision. We begin by providing a survey of the available literature regarding PKMs and the major advancements in this field, while emphasizing the shortcomings on the level of design as well as performance. Moreover, an overview on the state of the art regarding performance evaluation is presented and the inadequacies of classical measures, when dealing with redundancy and heterogeneity predicaments, are highlighted. In fact, if finding the proper architectures is one of the prominent issues hindering PKMs' widespread, the performance evaluation and the criteria upon which these PKMs are dimensionally synthesized are of an equal importance. Therefore, novel performance indices are proposed to assess precision, kinetostatic and dynamic capabilities of general manipulators, while overcoming the aforementioned dilemmas. Subsequently, several novel architectures with 3T-2R and 3T-1R degrees of freedom (T and R signify translational and rotational degrees of freedom), namely MachLin5, ARROW V1, and ARROW V2 with its mutated versions ARROW V2 M1/M2, are presented. Furthermore, the dimensional synthesis of the executed PKM, namely ARROW V2 M2, is discussed with its preliminary performances and possible future enhancements, particularly regarding precision amelioration.

Dans le cadre de cette thèse nous avons étudie l'implantation des algorithmes de l'arithmétique en ligne. En particulier, la réalisation de deux circuits destines aux applications exigeant une précision infinie est exposée. En effet, dans de nombreux domaines tels que la génération de nombres aléatoires, cryptographie, calcul formel, arithmétique exacte, réduction de fraction en précision infinie, calcul modulaire, traitement d'images..., les opérateurs classiques manquent d'efficacité. Face a ce type de problèmes, un remède peut être apporte par le calcul en ligne selon lequel les calculs sont faits en introduisant les opérandes en série chiffre a chiffre en notation redondante. Nous obtenons ainsi un haut degré de parallélisme et une précision variable linéairement. Le premier circuit présenté implante un algorithme de pgcd nomme Euclide offrant, d'après les simulations, le meilleur compromis cout matériel/performance. Il donne également les coefficients de Bezout. Ce circuit est appelé a résoudre les problèmes lies au temps de calcul du pgcd par les méthodes classiques rencontrées dans beaucoup d'applications. Une deuxième application montre la possibilité de fusionner des opérateurs en ligne afin d'obtenir un opérateur complexe. L'exemple traite dans cette thèse est celui de la distance euclidienne: z=x#2+y#2 utilisée, entre autres, pour la resolution du moindre carre des systèmes linéaires

Pac est un système de calcul formel dédié a une machine Mind massivement parallèle. Dans une première partie, l'architecture du système est décrite. Elle est illustrée par une modélisation théorique et pratique de la parallélisation du produit de deux polynômes. Le système Pac est implante sur la machine t40 de Fps (32 processeurs). Dans une deuxième partie, l'arithmétique nodale en précision infinie sur les rationnels est étudiée. Différents algorithmes sont dégagés, notamment pour la multiplication, la division et le pgcd d'entiers de taille quelconque. Une vectorisation de l'arithmétique de base est discutée et expérimentée

Il est bien connu que, parmi les nombreux avantages des manipulateurs parallèles par rapport aux robots sériels, on peut citer des vitesses et accélérations plus élevées, et une plus grande capacité de charge. Cependant, il existe des inconvénients, comme un volume de travail restreint, de forts couplages cinématiques et des singularités plus contraignantes. Afin d'améliorer leurs performances, des travaux ont été menés concernant le découplage des mouvements des robots parallèles. Le projet de thèse porte sur la conception, l'optimisation et l'amélioration d'une nouvelle famille de manipulateurs parallèles de 3 à 6 degrés de libertés partiellement découplés appelés PAMINSA (PArallel Manipulator of the I.N.S.A.). La deuxième partie de ce manuscrit présente la particularité de ces architectures qui est le découplage entre les mouvements de la plateforme dans le plan horizontal et les translations suivant l'axe vertical. Dans une troisième partie, nous faisons l'analyse des singularités de ces manipulateurs. Cette analyse est nécessaire pour choisir le manipulateur qui a le plus grand espace de travail sans singularité. Dans les parties 4 et 5, nous proposons des méthodes permettant d'augmenter la taille de leur espace de travail sans singularité. La première solution est basée sur l'utilisation de mécanismes à structure variable, c'est-à-dire des mécanismes dont les paramètres structurels peuvent être changés. Cette solution permet d'augmenter l'espace de travail sans singularité jusqu'à 100% de l'espace de travail total. La deuxième solution porte sur une optimisation des paramètres dynamiques des manipulateurs qui permet de traverser les singularités lors de déplacements de la plate-forme. Enfin, dans une sixième partie, une nouvelle méthode performante et rapide permettant de calculer la précision des manipulateurs PAMINSA ainsi que des solutions pour améliorer leurs caractéristiques fonctionnelles sont<br>proposées.

Ce travail de thèse s'inscrit dans une problématique visant à étudier numériquement le bruit d'origine aérodynamique généré par les écoulements turbulents autour des véhicules en utilisant la méthode Boltzmann sur Réseau (LBM). Les objectifs de cette thèse sont l'étude des capacités aéroacoustiques de la LBM ainsi que l'élaboration d'un code de calcul tridimensionnel et parallèle.<br />Dans un premier temps, les élements historiques et théoriques de la LBM sont présentés ainsi que le développement permettant de passer de l'équation de Boltzmann aux équations de Navier-Stokes. La construction des modèles à vitesses discrètes est également décrite. Deux modèles basés sur des opérateurs de collision différents sont présentés : le modèle LBM-BGK et le modèle LBM-MRT. Pour l'étude des capacités aéroacoustiques de la LBM, une analyse de von Neumann est réalisée pour les modèles LBM-BGK et LBM-MRT ainsi que pour l'équation de Boltzmann à vitesse discrète (DVBE). Une comparaison avec les schémas Navier-Stokes d'ordre élevé est alors menée. Pour remédier aux instabilités numériques de la méthode Boltzmann sur Réseau intervenant lors de la propagation dans des directions particulières à M>0.1, des filtres sélectifs sont utilisés et leur effet sur la dissipation est étudié.<br />Dans un second temps, le code de calcul L-BEAM est présenté. La structure générale et les différentes techniques de calculs sont décrites. Un algorithme de transition de résolution est développé. La modélisation de la turbulence est abordée et le modèle de Meyers-Sagaut est implémenté dans le code. Enfin, des cas tests numériques sont utilisés pour valider le code et la simulation d'un écoulement turbulent complexe est réalisée.